Bunkový cyklus. Medzifáza

meióza je spôsob delenia buniek v eukaryotoch, ktorý produkuje haploidné bunky. To sa líši od meiózy po mitózu, ktorá produkuje diploidné bunky.

Okrem toho sa meióza vyskytuje v dvoch po sebe nasledujúcich deleniach, ktoré sa nazývajú prvé (meióza I) a druhé (meióza II). Už po prvom delení obsahujú bunky jeden, teda haploidný súbor chromozómov. Preto sa prvé delenie často nazýva redukcionista. Aj keď niekedy sa pojem „redukčné delenie“ používa vo vzťahu k celej meióze.

Druhá divízia je tzv rovnicové a mechanizmus jej vzniku je podobný mitóze. V meióze II sa sesterské chromatidy pohybujú smerom k pólom buniek.

Meióze, podobne ako mitóze, predchádza v interfáze syntéza DNA – replikácia, po ktorej sa už každý chromozóm skladá z dvoch chromatidov, ktoré sa nazývajú sesterské chromatidy. Medzi prvým a druhým delením nedochádza k syntéze DNA.

Ak sa v dôsledku mitózy vytvoria dve bunky, potom v dôsledku meiózy - 4. Ak však telo produkuje vajíčka, zostáva len jedna bunka, ktorá má v sebe koncentrované živiny.

Množstvo DNA pred prvým delením sa zvyčajne označuje ako 2n 4c. Tu n označuje chromozómy, c – chromatidy. To znamená, že každý chromozóm má homológny pár (2n), pričom zároveň každý chromozóm pozostáva z dvoch chromatidov. Ak vezmeme do úvahy prítomnosť homológneho chromozómu, získajú sa štyri chromatidy (4c).

Po prvom a pred druhým delením sa množstvo DNA v každej z dvoch dcérskych buniek zníži na 1n 2c. To znamená, že homológne chromozómy sa rozptýlia do rôznych buniek, ale naďalej pozostávajú z dvoch chromatidov.

Po druhom delení sa vytvoria štyri bunky so sadou 1n 1c, t.j. každá obsahuje iba jeden chromozóm z páru homológnych a pozostáva len z jednej chromatidy.

Nižšie je uvedený podrobný popis prvého a druhého meiotického delenia. Označenie fáz je rovnaké ako pri mitóze: profáza, metafáza, anafáza, telofáza. Avšak procesy prebiehajúce v týchto fázach, najmä v profáze I, sú trochu odlišné.

Meióza I

Profáza I

Toto je zvyčajne najdlhšia a najkomplexnejšia fáza meiózy. Trvá to oveľa dlhšie ako počas mitózy. Je to spôsobené tým, že v tomto čase sa homológne chromozómy približujú a vymieňajú si úseky DNA (nastáva konjugácia a kríženie).

Konjugácia- proces spájania homológnych chromozómov. Prejsť- výmena identických oblastí medzi homológnymi chromozómami. Nesesterské chromatidy homológnych chromozómov si môžu vymieňať ekvivalentné úseky. Na miestach, kde k takejto výmene dochádza, tzv chiasma.

Párové homológne chromozómy sa nazývajú bivalenty, alebo notebooky. Spojenie pretrváva až do anafázy I a je zabezpečené centromérom medzi sesterskými chromatidami a chiazmatami medzi nesesterskými chromatidami.

V profáze dochádza k spiralizácii chromozómov, takže na konci fázy chromozómy nadobudnú svoj charakteristický tvar a veľkosť.

V neskorších štádiách profázy I sa jadrový obal rozpadá na vezikuly a jadierka miznú. Začína sa formovať meiotické vreteno. Vytvárajú sa tri typy vretenových mikrotubulov. Niektoré sú pripevnené k kinetochórom, iné k rúrkam rastúcim z opačného pólu (štruktúra funguje ako rozpery). Ďalšie tvoria hviezdicovú štruktúru a pripájajú sa k membránovej kostre, ktorá slúži ako podpora.

Centrozómy s centrioly sa rozchádzajú smerom k pólom. Mikrotubuly prenikajú do oblasti bývalého jadra a pripájajú sa na kinetochory umiestnené v oblasti centroméry chromozómov. V tomto prípade sa kinetochory sesterských chromatidov spájajú a pôsobia ako jeden celok, čo umožňuje, aby sa chromatidy jedného chromozómu neoddelili a následne sa spoločne presunuli na jeden z pólov bunky.

Metafáza I

Nakoniec sa vytvorí štiepne vreteno. Páry homológnych chromozómov sa nachádzajú v rovníkovej rovine. Sú zoradené oproti sebe pozdĺž rovníka bunky tak, že rovníková rovina je medzi pármi homológnych chromozómov.

Anafáza I

Homológne chromozómy sa oddeľujú a presúvajú na rôzne póly bunky. V dôsledku kríženia, ku ktorému došlo počas profázy, ich chromatidy už nie sú navzájom identické.

Telofáza I

Jadrá sú obnovené. Chromozómy despirujú do tenkého chromatínu. Bunka sa delí na dve časti. U zvierat invaginácia membrány. Rastliny tvoria bunkovú stenu.

Meióza II

Interfáza medzi dvoma meiotickými deleniami sa nazýva interkinéza, je to veľmi krátke. Na rozdiel od interfázy nedochádza k duplikácii DNA. V skutočnosti je už zdvojnásobená, len každá z týchto dvoch buniek obsahuje jeden z homológnych chromozómov. Meióza II sa vyskytuje súčasne v dvoch bunkách vytvorených po meióze I. Nižšie uvedený diagram ukazuje rozdelenie iba jednej bunky z dvoch.

Profáza II

Krátky. Jadrá a jadierka opäť zmiznú a chromatidy sa špirálovito rozvinú. Začína sa formovať vreteno.

Metafáza II

Každý chromozóm pozostávajúci z dvoch chromatidov je pripojený k dvom reťazcom vretienka. Jeden závit z jedného pólu, druhý z druhého. Centroméry pozostávajú z dvoch samostatných kinetochór. Metafázová doska je vytvorená v rovine kolmej na rovník metafázy I. To znamená, že ak sa rodičovská bunka v meióze I delí pozdĺž, potom sa dve bunky rozdelia naprieč.

Anafáza II

Proteín, ktorý viaže sesterské chromatidy, sa oddelí a presunú sa na rôzne póly. Teraz sa sesterské chromatidy nazývajú sesterské chromozómy.

Telofáza II

Podobne ako v telofáze I. Dochádza k despiralizácii chromozómov, zániku vretienka, tvorbe jadier a jadierok, dochádza k cytokinéze.

Význam meiózy

V mnohobunkovom organizme sa meiózou delia iba pohlavné bunky. Preto je hlavný význam meiózy bezpečnosťmechanizmusApohlavné rozmnožovanie,pri ktorých počet chromozómov v druhu zostáva konštantný.

Ďalším významom meiózy je rekombinácia genetickej informácie, ktorá sa vyskytuje v profáze I, teda kombinačná variabilita. Nové kombinácie alel sa vytvárajú v dvoch prípadoch. 1. Keď dôjde k prekríženiu, to znamená, že nesesterské chromatidy homológnych chromozómov si vymenia úseky. 2. S nezávislou divergenciou chromozómov k pólom v oboch meiotických deleniach. Inými slovami, každý chromozóm sa môže objaviť v jednej bunke v akejkoľvek kombinácii s inými chromozómami, ktoré s ním nie sú homológne.

Už po meióze I obsahujú bunky odlišnú genetickú informáciu. Po druhom delení sú všetky štyri bunky navzájom odlišné. Toto je dôležitý rozdiel medzi meiózou a mitózou, ktorá produkuje geneticky identické bunky.

Kríženie a náhodná divergencia chromozómov a chromatidov v anafázach I a II vytvárajú nové kombinácie génov a sú jednoz príčin dedičnej premenlivosti organizmov, vďaka čomu je možný vývoj živých organizmov.

Všetky bunkové štruktúry živých organizmov bežne prechádzajú niekoľkými hlavnými štádiami vývoja. Každá bunka počas svojej existencie bežne prechádza štádiom rozmnožovania alebo delenia. Môže byť priamy, nepriamy alebo reduktívny. Delenie je normálna etapa života štrukturálnych jednotiek rôznych organizmov, ktorá zabezpečuje normálnu existenciu, rast a reprodukciu všetkých živých bytostí na planéte. Práve vďaka bunkovej reprodukcii v ľudskom tele je možná obnova tkaniva, obnova celistvosti poškodeného epitelu alebo dermy, dedičnosť genetických údajov, počatie, embryogenéza a mnohé ďalšie dôležité procesy.

V tele mnohobunkových tvorov existujú dva hlavné typy reprodukcie štruktúrnych jednotiek: mitóza a meióza. Každý z týchto spôsobov reprodukcie má charakteristické črty.

Pozor! Bunkové delenie sa tiež rozlišuje jednoduchým delením na dve - amitóza. V ľudskom tele sa tento proces vyskytuje v abnormálne zmenených štruktúrach, ako sú nádory.

Mitóza je vegetatívne delenie buniek s jadrom, najbežnejší proces rozmnožovania. Táto metóda sa nazýva aj nepriama reprodukcia alebo klonovanie, pretože pár dcérskych štruktúr vytvorených počas nej sa ukazuje ako úplne identický s materskou. Pomocou klonovania sa reprodukujú somatické štruktúrne jednotky ľudského tela.

Pozor! Vegetatívne delenie je zamerané na tvorbu absolútne identických buniek z generácie na generáciu. Všetky bunky ľudského tela, okrem reprodukčných, sa množia podobným spôsobom.

Klonovanie tvorí základ ontogenézy, teda vývoja organizmu od počatia až po moment smrti. Mitotické delenie je nevyhnutné pre normálne fungovanie rôznych orgánov a systémov a vytváranie a uchovávanie určitých ľudských vlastností od narodenia až po smrť na morfologickej a biochemickej úrovni. Trvanie tohto spôsobu reprodukcie buniek je v priemere asi 1-2 hodiny.

Priebeh mitózy je rozdelený do štyroch hlavných fáz:

V dôsledku klonovania sa z materskej bunky vytvoria dve dcérske bunky, ktoré majú absolútne podobnú sadu chromozómov a zachovávajú všetky kvalitatívne a kvantitatívne charakteristiky pôvodnej bunky. V ľudskom tele v dôsledku mitózy dochádza k neustálej obnove tkaniva.

Pozor! Normálny priebeh mitotických procesov je zabezpečený neurohumorálnou reguláciou, teda spoločným pôsobením nervového a endokrinného systému.

Vlastnosti toku rozdelenia redukcie

Meiotické delenie je proces, ktorého výsledkom je vznik reprodukčných štruktúrnych jednotiek – gamét. Pri tomto spôsobe reprodukcie sa vytvoria štyri dcérske bunky, z ktorých každá má 23 chromozómov. Keďže gaméty vytvorené v dôsledku tejto metódy majú neúplnú sadu chromozómov, nazýva sa to redukcia. U ľudí je počas gametogenézy možná tvorba dvoch typov štruktúrnych jednotiek:

• spermie zo spermatogónie;
• vajíčka vo folikuloch.

Charakteristika

Keďže každá výsledná gaméta má jednu sadu chromozómov, pri splynutí s inou reprodukčnou bunkou dochádza k výmene genetického materiálu a vytváraniu embrya, ktoré dostane celú sadu chromozómov. Práve meiózou je zabezpečená kombinatorická variabilita – ide o proces, ktorého výsledkom je vytvorenie obrovského zoznamu rôznych genotypov a plod dedí rôzne črty matky a otca.

V procese tvorby haploidných štruktúr treba rozlišovať aj štyri vyššie uvedené fázy charakteristické pre mitózu. Hlavným rozdielom medzi redukčným delením je, že tieto kroky sa opakujú dvakrát.

Pozor! Prvá telofáza končí vytvorením dvoch buniek s úplnou genetickou sadou 46 chromozómov. Potom začne druhé delenie, vďaka ktorému sa vytvoria štyri reprodukčné bunky, z ktorých každá má 23 chromozómov.

Počas meiotického delenia trvá prvé štádium dlhšie. Počas tejto fázy dochádza k fúzii chromozómov a procesu výmeny genetických údajov. Metafáza prebieha rovnakým spôsobom ako počas mitózy, ale s jediným súborom dedičných údajov. Počas anafázy sa centroméry nedelia a haploidné chromozómy sa pohybujú smerom k pólom.

Obdobie medzi dvoma deleniami, teda medzifáza, je veľmi krátke, počas tejto doby nevzniká kyselina deoxyribonukleová. Preto výsledné bunky po druhej telofáze obsahujú haploid, teda jednu sadu chromozómov. Diploidný súbor sa obnoví, keď sa dve reprodukčné bunky spoja počas syngamie. Toto je proces spájania mužských a ženských gamét vytvorených v dôsledku meiózy. V dôsledku redukčného delenia sa vytvorí zygota, ktorá má 46 chromozómov a úplný súbor dedičných informácií získaných od oboch rodičov.

Počas fúzie gamét je možné vytvárať rôzne varianty akýchkoľvek charakteristík. Práve meiózou deti zdedia napríklad farbu očí jedného z rodičov. Vďaka recesívnemu prenášaniu akýchkoľvek génov je možný prenos charakteristík cez jednu alebo niekoľko generácií.

Pozor! Dominantné znaky sú dominantné, zvyčajne sa objavujú v prvej generácii potomkov. Recesívny - skrytý alebo postupne miznúci u jedincov nasledujúcich generácií.

Úloha mitotického delenia:

1. Udržiavanie konštantného počtu chromozómov. Ak by výsledné bunky mali úplnú sadu chromozómov, potom by sa ich počet u plodu po počatí zdvojnásobil.
2. Vďaka meiotickému deleniu vznikajú reprodukčné bunky s rôznymi súbormi dedičných informácií.
3. Rekombinácia dedičných informácií.
4. Zabezpečenie variability organizmov.

Porovnávacie charakteristiky

Metóda reprodukcie	Klonovanie	Gametogenéza
Typy buniek	Somatické	Reprodukčné
Počet divízií	Jeden	Dva
Koľko dcérskych štruktúrnych jednotiek sa nakoniec vytvorí?	2	4
Obsah dedičnej informácie v dcérskych bunkách	nemení sa	Zmeny
Konjugácia	Nie typické
	Nie typické	Označené počas prvej divízie

Rozdiely medzi klonovaním a redukčným delením

Klonovanie a množenie redukčných buniek sú dosť podobné procesy. Meiotické delenie zahŕňa rovnaké štádiá ako mitotické delenie, avšak ich trvanie a procesy prebiehajúce v jeho rôznych štádiách majú významné rozdiely.

Video - Mitóza a meióza

Rozdiely v priebehu sexuálneho a nepohlavného delenia

Bunky, ktoré sú výsledkom mitotického delenia a gametogenézy, nesú rôzne funkčné zaťaženia. Preto sú počas meiózy zaznamenané niektoré vlastnosti toku:

1. V prvom štádiu redukčného delenia sa zaznamenáva konjugácia a kríženie. Tieto procesy sú nevyhnutné pre vzájomnú výmenu genetických informácií.
2. Počas anafázy sa pozoruje segregácia podobných chromozómov.
3. V období medzi dvoma cyklami delenia nedochádza k reduplikácii molekúl deoxyribonukleovej kyseliny.

Pozor! Konjugácia je stav postupnej konvergencie homológnych, teda podobných chromozómov medzi sebou a následného vytvárania párov. Kríženie je prechod určitých úsekov z jedného chromozómu na druhý.

Druhá fáza gametogenézy prebieha presne rovnakým spôsobom ako mitóza.

Charakteristické rozdiely vo výsledkoch procesu delenia:

1. Výsledkom klonovania je vytvorenie dvoch štruktúrnych jednotiek a výsledkom redukčného delenia sú štyri.
2. Pomocou klonovania sa rozdelia somatické štruktúrne jednotky, ktoré tvoria rôzne tkanivá tela. V dôsledku meiózy sa tvoria iba reprodukčné bunky: vajíčka a spermie.
3. Klonovanie vedie k vytvoreniu absolútne identických štruktúrnych jednotiek a počas meiotického delenia dochádza k redistribúcii genetických údajov.
4. V dôsledku redukčného delenia sa množstvo dedičnej informácie v reprodukčných bunkách zníži o 50 %. To umožňuje následne zlúčiť genetické údaje buniek matky a otca počas oplodnenia.

Klonovanie a redukčné delenie sú najdôležitejšie procesy zabezpečujúce normálne fungovanie organizmu. Dcérske bunky vytvorené ako výsledok klonovania sú identické s pôvodnými vo všetkom, vrátane na úrovni deoxyribonukleovej kyseliny. To umožňuje, aby sa sada chromozómov prenášala nezmenená z jednej generácie buniek do druhej. Mitóza je základom normálneho rastu tkaniva. Biologický význam redukčného delenia spočíva v zachovaní určitého počtu chromozómov v organizmoch, ktorých rozmnožovanie prebieha sexuálne. Meiotické delenie zároveň umožňuje prejaviť sa najdôležitejšiu vlastnosť rôznych mnohobunkových organizmov – kombinačnú variabilitu. Vďaka nej je možné preniesť na potomka rôzne vlastnosti otca aj matky.

Pri pohlavnom rozmnožovaní vzniká dcérsky organizmus ako výsledok splynutia dvoch pohlavných buniek ( gaméty) a následný vývoj z oplodneného vajíčka - zygoty.

Pohlavné bunky rodičov majú haploidný súbor ( n) chromozómy a v zygote, keď sa skombinujú dve takéto sady, počet chromozómov sa stane diploidným (2 n): každý pár homológnych chromozómov obsahuje jeden otcovský a jeden materský chromozóm.

Haploidné bunky vznikajú z diploidných v dôsledku špeciálneho bunkového delenia – meiózy.

meióza - typ mitózy, v dôsledku ktorej z diploidných (2p) somatických buniek to istétvoria sa haploidné gaméty (1n). Počas oplodnenia sa jadrá gamét zlúčia a obnoví sa diploidná sada chromozómov. Meióza teda zaisťuje, že súbor chromozómov a množstvo DNA zostávajú pre každý druh konštantné.

Meióza je nepretržitý proces pozostávajúci z dvoch po sebe nasledujúcich delení nazývaných meióza I a meióza II. V každom delení sa rozlišuje profáza, metafáza, anafáza a telofáza. V dôsledku meiózy I sa počet chromozómov zníži na polovicu ( redukčné delenie): Počas meiózy II je zachovaná bunková haploidia (rovnicové delenie). Bunky vstupujúce do meiózy obsahujú genetickú informáciu 2n2xp (obr. 1).

V profáze meiózy I dochádza k postupnej spiralizácii chromatínu za vzniku chromozómov. Homológne chromozómy sa spájajú a vytvárajú spoločnú štruktúru pozostávajúcu z dvoch chromozómov (bivalentných) a štyroch chromatidov (tetrád). Kontakt dvoch homológnych chromozómov po celej dĺžke sa nazýva konjugácia. Potom sa medzi homológnymi chromozómami objavia odpudivé sily a chromozómy sa najskôr oddelia na centroméroch, zostávajú spojené na ramenách a tvoria dekusácie (chiasmata). Divergencia chromatidov sa postupne zvyšuje a nitkový kríž sa posúva smerom k ich koncom. Počas procesu konjugácie môže medzi niektorými chromatidami homologických chromozómov dôjsť k výmene úsekov – cross over, čo vedie k rekombinácii genetického materiálu. Na konci profázy sa jadrový obal a jadierka rozpustia a vytvorí sa achromatické vreteno. Obsah genetického materiálu zostáva rovnaký (2n2хр).

V metafáze V meióze I sú bivalenty chromozómov umiestnené v rovníkovej rovine bunky. V tomto momente ich špirálovitosť dosahuje maximum. Obsah genetického materiálu sa nemení (2n2xr).

V anafáze Homológne chromozómy Meiosis I, pozostávajúce z dvoch chromatidov, sa nakoniec od seba vzdialia a rozchádzajú sa k pólom bunky. Následne sa z každého páru homológnych chromozómov dostane do dcérskej bunky iba jeden - počet chromozómov sa zníži na polovicu (dochádza k redukcii). Obsah genetického materiálu sa stáva 1n2xp na každom póle.

V telofáze Vznikajú jadrá a delí sa cytoplazma – vznikajú dve dcérske bunky. Dcérske bunky obsahujú haploidnú sadu chromozómov, pričom každý chromozóm obsahuje dve chromatidy (1n2хр).

Interkinéza- krátky interval medzi prvým a druhým meiotickým delením. V tomto čase nedochádza k replikácii DNA a dve dcérske bunky rýchlo vstupujú do meiózy II, ktorá prebieha ako mitóza.

Ryža. 1. Schéma meiózy (je zobrazený jeden pár homológnych chromozómov). Meióza I: 1, 2, 3. 4. 5 - profáza; 6 - metafáza; 7 - anafáza; 8 - telofáza; 9 - interkinéza. meióza II; 10 - metafáza; II - anafáza; 12 - dcérske bunky.

V profáze V meióze II sa vyskytujú rovnaké procesy ako v profáze mitózy. V metafáze sú chromozómy umiestnené v rovníkovej rovine. Nedochádza k žiadnym zmenám v obsahu genetického materiálu (1n2хр). V anafáze meiózy II sa chromatidy každého chromozómu presúvajú k opačným pólom bunky a obsah genetického materiálu na každom póle sa stáva lnlxp. V telofáze sa tvoria 4 haploidné bunky (lnlxp).

Z jednej diploidnej materskej bunky sa teda v dôsledku meiózy vytvoria 4 bunky s haploidnou sadou chromozómov. Okrem toho v profáze meiózy I dochádza k rekombinácii genetického materiálu (crossing over) a v anafáze I a II sa chromozómy a chromatidy náhodne presúvajú k jednému alebo druhému pólu. Tieto procesy sú príčinou kombinačnej variability.

Biologický význam meiózy:

1) je hlavnou fázou gametogenézy;

2) zabezpečuje prenos genetickej informácie z organizmu do organizmu pri pohlavnom rozmnožovaní;

3) dcérske bunky nie sú geneticky identické s matkou a navzájom.

Biologický význam meiózy tiež spočíva v tom, že pri tvorbe zárodočných buniek je nevyhnutný pokles počtu chromozómov, pretože počas oplodnenia sa jadrá gamét spájajú. Ak by k tejto redukcii nedošlo, potom by v zygote (a teda vo všetkých bunkách dcérskeho organizmu) bolo dvakrát toľko chromozómov. To však odporuje pravidlu o konštantnom počte chromozómov. Vďaka meióze sú pohlavné bunky haploidné a po oplodnení sa v zygote obnoví diploidná sada chromozómov (obr. 2 a 3).

Ryža. 2. Schéma gametogenézy: ? - spermatogenéza; ? - ovogenéza

Ryža. 3.Diagram znázorňujúci mechanizmus udržiavania diploidnej sady chromozómov počas sexuálnej reprodukcie

Už dlho sú známe dva typy bunkového delenia: mitotické a redukčné delenie. Prvá sa tiež nazýva mitóza a druhá je meióza. Prvá metóda, mitóza, rozdeľuje všetky bunky, druhá - iba pohlavné bunky.

Po prvé, o mitóze. Predchádza mu zdvojenie molekúl nesúcich dedičnú informáciu.

Molekuly DNA, ktoré obsahujú genetický kód, sa nachádzajú v bunkovom jadre, v špeciálnych dlhých vláknach – chromozómoch. Každý druh zvieraťa a rastliny má presne definovaný počet chromozómov. Zvyčajne ich je niekoľko desiatok. U ľudí je napríklad 46 ( Až do roku 1956 sa predpokladalo, že ich je v ľudských bunkách 48. Ale v roku 1956 genetici Tzhio a Levan presne stanovili, že ľudia majú 46, nie 48, chromozómov.). A jeden z červov má iba dvoch. Niektoré raky majú 200 chromozómov. Rekord však prekonali mikroskopickí rádiolariáni: jeden z nich má 1600 chromozómov!

Keď sa molekuly DNA zdvojnásobia, zdvojnásobia sa aj chromozómy. Každý si postaví dvojníka na svoj vlastný obraz. To znamená, že nejaký čas je v našich bunkách dvakrát toľko chromozómov ako zvyčajne.

Medzi dvoma deleniami, v takzvanej interfáze, nie sú chromozómy viditeľné pod bežným mikroskopom. Akoby vôbec neexistovali. V elektronickej vidíte, že sú stále tam, nikam neodišli, ale sú také tenké, že bez veľmi silného zväčšenia nie sú viditeľné. Hovorí sa, že v tejto fáze svojej činnosti majú chromozómy vzhľad „lampacích štetcov“. Vskutku, sú trochu ako kefy, ktoré sa kedysi používali na čistenie skla petrolejových lámp.

Za desať až dvadsať hodín relatívneho pokoja medzi dvoma deleniami musia mať chromozómy čas na syntézu svojich dvojníkov s úplnou kópiou všetkých génov, ktoré obsahujú, všetkých molekúl DNA.

Akonáhle sú dvojčatá pripravené, dlhé chromozomálne vlákna (originál a ich kópie) sa začnú skladať do pevných špirál. A krútia sa do špirál druhého rádu. Význam tohto zvratu je celkom jasný. Doteraz chromozómy ležali v zamotanom klbku a natiahnuť ich na rôzne póly bunky by asi nebolo jednoduché. Teraz je každý chromozóm špirála skrútená do špirály - veľmi kompaktná „batožina“, ktorá sa ľahko prepravuje.

Celá DNA ľudskej bunky, natiahnutá do jedného vlákna, je približne meter dlhá a toto vlákno zložené do dvojitej špirály sa zmestí do 46 chromozómov, z ktorých každý má dĺžku len niekoľko mikrónov.

Pred rozdelením sa teda chromozómy zbalia do kompaktných „balíčkov“. V tomto bode, ktorý sa v bunkovom delení nazýva profáza, sa jadrový obal rozpúšťa a nám už známe centrioly, príp. centrozómy sa rozchádzajú na opačné póly bunky. Vlákna takzvaného mitotického aparátu alebo vretienka spájajú každý chromozóm s jedným z pólov.

Chromozómy sa potom zoradia do párov (originál vedľa seba so svojou kópiou) pozdĺž rovníka bunky ako tanečníci na plese. Táto fáza delenia sa nazýva metafáza.

Potom sa každý z párových chromozómov ponáhľa k svojmu pólu. Partneri sa navždy oddelia, pretože čoskoro prepážka rozdelí starú bunku pozdĺž rovníka na dve nové. Dojem je, ako keby centrioly ťahali chromozómy k sebe pomocou povrázkov, ako bábok.

A skutočne, chromozómy majú vzhľad, aký má každé ohybné telo, keď je niťou pretiahnuté kvapalinou.

Miesto, ktorým je ťahaný, je vždy rovnaké pre každý chromozóm. Nazýva sa to kinetochore alebo centroméra. Miesto, kde je kinetochór na chromozóme, často určuje jeho tvar. Ak je kinetochór v strede, potom sa chromozóm, keď je počas mitózy ťahaný niťou, ohne na polovicu a stane sa podobným latinskej číslici „päť“ (V). Ak je kinetochór na samom konci chromozómu, potom sa ohýba na spôsob latinského písmena „iot“ (J).

Kedysi sa predpokladalo, že vlákna mitotického aparátu sú akési koľajnice, po ktorých sa chromozómy valia smerom k pólom. Potom sa rozhodli, že sú to skôr tenké elastické pásy, miniatúrne svaly, ktoré pri kontrakcii ťahajú svoju chromozomálnu záťaž smerom k pólom. Potom sa však vlákna zmršťujú a „schudnú“ a predĺžia sa. To sa však nedeje. Skrátenie a predĺženie, nestanú sa ani hrubšími, ani tenšími.

Zdá sa, že mechanika bunkového vretena je iná. Niektorí vedci si myslia, že vlákna sú skrátené, pretože niektoré molekuly, ktoré ich tvoria, sú mimo hry: teda z vlákien. A pridávanie molekúl v jednom lineárnom smere vedie k predĺženiu vlákien.

Tak či onak sú chromozómy ťahané zo stredu bunky k jej pólom rýchlosťou asi jeden mikrón za minútu. Od tohto momentu mitóza vstupuje do štádia nazývaného anafáza.

Po anafáze nasleduje telofáza. Chromozómové špirály sa odvíjajú. Opäť vstupujú do hry „kefy na lampy“. Spleť vláknitých chromozómov je obrastená jadrovými membránami: bunka má teraz dve dvojčatá. Prstencové zúženie ho čoskoro rozdelí na polovicu. Každá polovica dostane svoje vlastné jadro.

Delenie buniek končí zdvojnásobením centriolov. Boli štyria – dvaja pri každom póle. Bunka sa rozdelila a v každej polovici boli len dva centrioly.

Na obrazovke elektrónového mikroskopu vyzerajú centrioly ako duté valce vyrobené z rúrok. Centrioly ležia vždy navzájom v pravom uhle. Preto vždy jeden z nich vidíme v priečnom reze a druhý v pozdĺžnom reze.

V telofáze z každého z centriolov vyráža malý centriol - husté valcovité telo. Rastie rýchlo a teraz sú v bunke štyri centrioly.

Prostredníctvom mitózy jedna bunka produkuje dve bunky, úplne identické v dedičnosti ukryté vo svojich chromozómoch (ak ani jedna z nich neprešla mutáciou).

Mitóza zvyčajne trvá hodinu alebo dve hodiny. V nervových tkanivách sa mitózy vyskytujú veľmi zriedkavo. Ale v kostnej dreni, kde sa každú sekundu narodí 10 miliónov červených krviniek, sa každú sekundu vyskytne 10 miliónov mitóz!

Teraz, skôr ako si povieme o druhom type bunkového delenia – meióze, musíme zaviesť niekoľko nových pojmov.

Súbor chromozómov obsiahnutý v jadre normálnej somatickej (inými slovami nie pohlavnej, ale obyčajnej) bunky tela nazývajú genetici dvojitým diploidným. U ľudí je diploidná sada chromozómov 46. Všetkých týchto 46 chromozómov, čo sa týka vzhľadu a veľkosti, sa dá ľahko rozdeliť do párov, ktoré majú identickú konfiguráciu (iba partneri jedného páru – pohlavné chromozómy „x“ a „y“ – nie sú si navzájom podobné. Ale o tom neskôr) .

Súbor chromozómov, v ktorých je prítomný iba jeden partner z každého páru, sa nazýva haploidný alebo obyčajný. Všetky pohlavné bunky alebo gaméty obsahujú haploidnú sadu chromozómov. (To znamená, že v ľudských spermiách a vaječných bunkách je len dvadsaťtri chromozómov.) V opačnom prípade by počas oplodnenia vajíčka, keď sa materské a otcovské gaméty zlúčili, výsledkom bola zygota s dvojnásobným normálnym počtom chromozómov.

Meióza, ktorá predchádza tvorbe spermií a vajíčok, je navrhnutá tak, aby obdarila gaméty polovičným počtom haploidných chromozómov. A keď sa gaméty spoja, zygota už bude mať normálny diploidný počet chromozómov. Polovica od mamy, polovica od otca.

Je už jasné, prečo sú všetky chromozómy v zygote spárované?

Koniec koncov, každý materský chromozóm zodpovedá otcovskému chromozómu, ktorý má presne rovnaký tvar, veľkosť a povahu dedičnej informácie. Párové chromozómy sa nazývajú homológne.

Meióza začína skutočnosťou, že chromozómy rovnakého typu v konfigurácii sú spojené do párov a konjugované. Potom si každý z chromozómov každého páru vytvorí svojho dvojníka z látok rozpustených v protoplazme. Ako pri mitóze.

Teraz už neexistujú dva, ale štyri chromozómy rovnakého typu. Vo štvoriciach alebo tetrádach, ktoré sú tesne pritlačené k sebe, sa zoraďujú pozdĺž rovníka bunky. Vretenové závity oddeľujú štvorce opäť do párov a ťahajú ich k rôznym pólom.

Bunka sa rozdelí na polovicu a potom sa opäť rozdelí, ale teraz v inej rovine, kolmej na prvú. Tentoraz chromozómy nie sú duplikované. Páry zoradené pozdĺž rovníka sa jeden po druhom rozptýlia na rôzne konce klietky.

Na každom póle je ich teraz o polovicu menej ako počas mitózy alebo v prvej fáze meiózy. Preto, keď sa bunka roztrhne na polovicu, dve nové gaméty z nej narodené dostanú haploidný počet chromozómov. Keďže v prvej fáze meiózy sa z jednej bunky rodia dve diploidné bunky, na konci druhej fázy máme štyri gaméty. A každý, opakujem, má haploidný počet chromozómov. Ak sú to ľudské gaméty, potom budú mať dvadsaťtri chromozómov. A keď sa pri oplodnení spoja do jednej zygoty, bude v nej štyridsaťšesť chromozómov.

Zo zygoty vznikne ľudské embryo, pričom všetky bunky budú mať 46 chromozómov.

Mechanika bunkového delenia v meióze – divergencia párových chromozómov do rôznych gamét, z ktorých každá pochádza buď od otca alebo od matky – vysvetľuje mnohé zo zákonov dedičnosti a variability, ktoré objavil Gregor Mendel a iní genetici.

Poľskí vedci nedávno natočili vynikajúci film o mitóze pomocou časozbernej fotografie. Všetky fázy mitózy na obrazovke sú zrýchlené niekoľko stokrát. V skutočnosti sa pohyby chromozómov počas delenia vyskytujú oveľa pomalšie. Videl som tento film a zasiahol ma viac ako najlepšie z najlepších celovečerných filmov.

Má nezvyčajných aktérov – chromozómy. Spájajú sa, rozchádzajú, zoraďujú a rozchádzajú sa rôznymi smermi, ako tanečníci na plese, ktorí predvádzajú zložité kroky v starodávnom tanci. Americký biológ Möller, zakladateľ radiačnej genetiky, nazval tanec chromozómov ich zvláštne pohyby pri delení buniek.

Každú sekundu sa v našom tele vyskytnú milióny mitóz! A stovky miliónov neživých, no veľmi disciplinovaných malých baletiek predvádzajú najstarší tanec na zemi. Tanec života. V takýchto tancoch bunky tela dopĺňajú svoje rady. A rastieme a existujeme.

Všetky fenomény dedičnosti a života sú založené na koordinovanej divergencii chromozómov k rôznym pólom bunky. Koniec koncov, každý chromozóm je komplexná kombinácia obrovských nukleových kyselín a proteínov. A nukleové kyseliny nesú veľkú rozmanitosť dedičných jednotiek – génov, teda podstatu všetkého, čo na Zemi existuje.

http://nplit.ru "NPLit.ru: Knižnica mladého výskumníka"